L’Importance des Champignons pour l’Homme

Une raison de séquencer les génomes fongiques

L’un des derniers mots à la mode dans la recherche sur le génome est la « génomique fonctionnelle », qui est essentiellement l’étude de la nouvelle fonction génique par manipulation directe du génome. La principale raison de ce fait est que la connaissance de la séquence des levures et d’autres organismes a clairement montré que nous ne connaissons pas la fonction de nombreux cadres de lecture ouverts prédits. La capacité de manipuler le génome de simples eucaryotes comme S. cerevisiae et A. nidulans les rend attrayants pour commencer des études qui élucideront la fonction de ces gènes inconnus. Ce sera beaucoup plus difficile à accomplir avec de nouveaux gènes du génome humain, sauf dans les rares cas où la nature nous a fourni des mutations. De même, la génomique fonctionnelle utilisant les méthodes actuelles de ciblage des gènes chez la souris est difficile et coûteuse, bien que de nouvelles technologies soient en cours de développement qui pourraient éventuellement rendre cette approche tenable. Étant donné que les champignons filamenteux représentent un vaste groupe d’organismes dans lesquels plusieurs des mêmes outils disponibles pour étudier les gènes de levure en herbe peuvent être appliqués, il sera possible d’évaluer de nouvelles fonctions géniques chez ces organismes. Leurs modes de vie variés et la complexité de leurs fonctions cellulaires devraient fournir un excellent complément aux travaux en cours sur les levures de bourgeonnement et de fission.

Qu’est-ce qui fait d’A. nidulans un choix approprié pour un projet de séquençage du génome? A. nidulans a été largement utilisé pour traiter des questions fondamentales de la biologie depuis les années 1950. La génétique relativement simple de ce champignon filamenteux a été utilisée pour étudier divers phénomènes génétiques, y compris les mécanismes régulant le métabolisme du carbone et de l’azote, le cycle cellulaire, les fonctions cytosquelettiques et le développement (Morris et Enos, 1992; Marzluf, 1993; Navarro-Bordonaba et Adams, 1994; Osmani et Ye, 1996). En tant que tel, A. nidulans a joué un rôle important en tant qu’organisme eucaryote modèle. Le rôle que cet organisme a joué en tant que système modèle pour l’étude de questions concernant la biologie d’autres membres du genre qui ont un impact positif et négatif sur l’homme est probablement plus important. Les membres du genre Aspergillus sont utilisés comme producteurs à grande échelle d’acide citrique, d’enzymes industrielles; les amylases, les protéases et les lipases, pour n’en nommer que quelques-unes, et d’autres du genre sont des agents pathogènes de l’homme ou sont responsables de la détérioration des aliments et de la production de métabolites secondaires toxiques comme l’aflatoxine. L’impact économique total du genre Aspergillus sur seulement les États-Unis. l’économie est estimée à 45 milliards de dollars. Comme A. nidulansa joué un rôle important dans notre compréhension de ce genre vaste et diversifié et en raison de l’importance économique évidente de ces organismes, il est impératif que nous obtenions une image plus détaillée de son génome.

Des aspects antérieurs du projet sur le génome d’Aspergillus nidulans reposant sur la génétique classique ont établi que son génome se compose de huit groupes de liaison ou chromosomes. Ces groupes de liaison ont été définis à l’aide de méthodes génétiques parasexuelles et de la recombinaison mitotique pour démontrer la liaison entre des gènes largement espacés sur les bras chromosomiques (Clutterbuck, 1974). Cet établissement de huit groupes de liaison a été confirmé par électrophorèse sur gel en champ pulsé, qui résout les huit groupes de liaison en six bandes, dont deux sont des doublets et peuvent être séparées à l’aide de souches de translocation. Ces études ont estimé le génome à 31 mégabases (Brody et Carbon, 1989), en bon accord avec les estimations de la taille du génome en utilisant la cinétique de réassociation et la détermination colorimétrique (Bainbridge, 1971; Timberlake, 1978). Ainsi, le génome d’A. nidulans a une taille de 2,5 × 107 à 3,0 × 107 paires de bases et contient peu de séquences d’ADN répétitives. La taille relativement petite du génome d’A. nidulans, la quantité limitée d’ADN répétitif et son importance en tant qu’organisme modèle le rendent approprié pour le séquençage.

Dans un sens, l’ensemble du génome d’A. nidulans est déjà séquencé. Deux bibliothèques de cosmides contenant 5134 clones individuels ont été construites il y a plusieurs années et stockées sous forme de clones individuels dans des plaques de microtitres. Ces bibliothèques ont ensuite été triées par hybridation en sous-ensembles spécifiques aux chromosomes, dont on estime qu’ils couvrent995 % de chaque chromosome (Brody et al. 1991). La cartographie de ces bibliothèques a été poussée encore plus loin. En utilisant une méthode d’algorithme de coût aléatoire rapide, les deux bibliothèques cosmides ont été utilisées pour construire une carte physique du chromosome IV d’A. nidulans (Wang et al. 1994). Ce travail a été étendu à l’élaboration de cartes physiques pour les huit chromosomes du génome d’A. nidulans. Ces cartes et les méthodes utilisées pour les dériver peuvent être trouvées sur le sitehttp://fungus.genetics.uga.edu:5080/. L’utilisation de ces méthodes pour construire des cartes physiques pour chacun des chromosomes fournit les bases sur lesquelles le séquençage à grande échelle de l’ADN du génome d’A. nidulans pourrait commencer. Cependant, il est également important de souligner que ces cartes ont également suscité une certaine inquiétude de la part des membres de l’AEP. communauté nidulans car il existe plusieurs cas où ils ne sont pas colinéaires avec la carte génétique. Le manque de colinéarité peut refléter la mauvaise qualité de la carte génétique, qui est basée sur l’attribution de l’ordre des gènes à partir de croisements à trois points. Alternativement, ces ordres pourraient être incorrects car les marqueurs génétiques utilisés étaient trop éloignés, empêchant un ordre correct. Il s’agit clairement d’un problème qui sera résolu à temps, une fois que la séquence complète du génome sera connue.

Alors pourquoi ne séquençons-nous pas le génome d’A. nidulans ou d’autres champignons filamenteux? Les efforts actuels de séquençage visent les organismes microbiens d’importance médicale, tels que les bactéries pathogènes. On pense que l’élucidation de la séquence de leur génome a le potentiel de donner un aperçu immédiat de nouvelles stratégies thérapeutiques. C’est quelque peu regrettable dans la mesure où nous ignorons des groupes entiers d’organismes pendant que nous essayons de déterminer si le séquençage du génome entier sera utile. Au fur et à mesure de ces projets, nous devons considérer d’autres raisons pour le séquençage du génome, y compris l’importance de pouvoir analyser la fonction génique après l’identification de cadres de lecture ouverts par analyse de séquence. C’est précisément là que se situe l’effort du génome de la levure. Les chercheurs sont confrontés à la détermination de nouvelles fonctions géniques, et il en ira de même pour tout organisme dont nous déterminons la séquence complète. Certains de ces gènes seront spécifiques à la levure, d’autres auront des rôles dans l’ensemble des champignons, et d’autres encore fonctionneront chez tous les eucaryotes. Pour savoir dans quelle classe chaque gène tombe, il sera important d’obtenir des séquences de nombreux organismes. Il sera très regrettable que les scientifiques du vivant ne jouent pas un rôle actif dans le choix des organismes dont les génomes doivent être séquencés. La sélection minutieuse des organismes est susceptible de nous donner une meilleure idée des processus de spéciation et d’évolution du génome. Dans le cas des champignons, qui sont présumés avoir divergé il y a environ un milliard d’années, ces questions sont particulièrement pertinentes.

En tant que scientifiques, nous devons nous préoccuper d’une autre question que les études génomiques soulèveront. Ce problème est qu’il n’est pas possible de dériver la fonction génique d’une comparaison de séquences géniques. Considérons le problème général des grandes familles d’enzymes. La réaction chimique catalysée par les enzymes de la famille peut être la même mais leurs substrats peuvent être très différents. Pour cette raison, la comparaison directe des séquences ne peut guider que la fonction d’un produit génétique, mais pas les substrats sur lesquels il agit. Ainsi, dans cet exemple, nous pourrions dire qu’un produit génétique partage un site catalytique avec celui d’autres membres de la famille, mais nous ne pouvons pas dire dans quelle voie biochimique il fonctionne. Alors que nous commençons à étudier la fonction de nouveaux produits géniques, nous devons garder à l’esprit que bien que deux gènes codent pour des protéines similaires, ils peuvent fonctionner différemment ou, comme dans le cas d’enzymes ayant des activités similaires, ils peuvent fonctionner dans des voies différentes. Cela fournit une autre raison d’étudier la fonction des gènes dans plus d’un petit nombre de systèmes. Enfin, un gène peut révéler sa fonction cellulaire plus facilement dans un système que dans un autre car la biologie du système a une exigence particulière pour la fonction.

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